EOS: Изменения в микроструктуре морского льда могут повлиять на климатические модели
Зернистый морской лёд должен быть вдвое пористее столбчатого льда, чтобы пропускать воду — до 10% рассола по объёму.
Крошечные каналы солёной воды оказывают большое влияние на морской лёд.
Морской лёд обычно содержит карманы или каналы рассола, которые позволяют солёной воде течь вертикально сквозь лёд. Когда эти каналы расположены ровно, они должны составлять всего около 5% объёма льда, прежде чем вода сможет течь. Но в более неупорядоченном, зернистом льду солёная вода начинает течь только тогда, когда каналы рассола занимают больше места — примерно 10% объёма льда, согласно новому исследованию, опубликованному в Scientific Reports.
Этот более высокий порог может замедлить осушение поверхностных талых прудов, а также транспорт питательных веществ к микробным сообществам внутри льда.
«Если мы пытаемся создать прогностические модели того, как эти ледяные керны реагируют на изменение климата, нам необходимо будет учитывать эти структурные и микроструктурные условия», — сказал Стивен Экли (Stephen Ackley), исследователь морского льда из Техасского университета в Сан-Антонио, не принимавший участия в исследовании.
Неупорядоченные структуры
При замерзании морской воды образуется смесь ледяных кристаллов и рассола. В спокойных условиях лёд медленно растёт, образуя длинные параллельные кристаллы, разделённые упорядоченными каналами рассола. Этот столбчатый морской лёд распространён в Арктике, и его свойства широко используются в моделях морского льда.
Но при неспокойных волнах или когда покрытая снегом поверхность льда затопляется и замерзает, новый лёд не может вырасти в эти упорядоченные столбцы. Вместо этого он образует мелкие, хаотично ориентированные зёрна, разделённые более сложными порами, содержащими рассол и газы. Эта форма, называемая зернистым льдом, более распространена в Антарктиде, но становится всё более распространённой в Арктике по мере повышения температуры и истончения ледяного покрова.
В 1998 году математик из Университета Юты Кеннет Голден (Kenneth Golden) впервые оценил точку, в которой каналы рассола достаточно соединены, чтобы позволить воде течь в столбчатом льду, — порог перколяции. Новая работа, также проведённая под руководством Голдена, распространяет аналогичный анализ на зернистый морской лёд.
«Это продолжение, которого мы ждали десятилетиями», — сказал Дон Перович (Don Perovich), исследователь морского льда из Дартмутского университета, не принимавший участия в новой работе.
Чтобы количественно определить порог просачивания для зернистого льда, Голден и его коллеги собрали образцы морского льда во время двух экспедиций у восточного побережья Антарктиды в 2007 и 2012 годах. Они измерили скорость движения воды по каналам рассола во льду. После экспедиции 2012 года они также составили карту расположения кристаллов льда внутри ледяных блоков, чтобы соотнести эти измерения проницаемости с микроструктурой льда.

Большинство климатических моделей основаны на предположении, что микроструктура морского льда организована в колонны, как на изображении слева. Однако новые исследования показывают, что зернистый лёд, как видно справа, становится всё более распространённым в Арктике, что может повлиять на климатическое моделирование. Источник: Golden et al., 2026, https://doi.org/10.1038/s41598-026-41706-w, CC BY-NC-ND 4.0
Результаты исследования показали, что в зернистом льду для протекания воды требуется примерно вдвое больше рассола по сравнению со столбчатым льдом, что свидетельствует о гораздо меньшей взаимосвязи каналов рассола внутри зернистого льда.
При более высоком пороговом значении «необходимо пересмотреть все эти модели, любые, которые основаны на потоке жидкости через морской лёд», если присутствует зернистый лёд, — сказал Голден. Для того чтобы в структуре льда оставалось достаточно рассола для достижения порога инфильтрации и обеспечения вертикального течения воды, зернистому льду требуются более тёплые или солёные условия.
Например, новое значение может повлиять на модели поведения талых прудов на поверхности ледяного покрова. Если талые пруды образуются над основанием из зернистого морского льда, для начала стока в них потребуется более высокая температура, чем в талых прудах на столбчатом льду.
Если эти талые пруды дольше остаются на поверхности, ожидая повышения температуры, они могут снизить альбедо, или отражательную способность, ледяного покрова. Это может привести к тому, что ледяной покров будет поглощать больше тепла, создавая петлю обратной связи, которая может ускорить таяние.
Более высокий порог просачивания также может повлиять на водоросли, обитающие во льду. Ледяные водоросли являются важным источником пищи для криля и ракообразных, которые, в свою очередь, становятся пищей для рыб, пингвинов и китов. Водоросли зависят от потока воды через лёд для доставки питательных веществ. Поскольку для возникновения этого потока в зернистом льду требуются более высокие температуры, это может повлиять на глубину, на которой водоросли могут жить во льду, сказал Голден.
Учёт просачивания
Тем не менее, эксперты говорят, что для установления порогов просачивания воды как в арктическом, так и в антарктическом льду необходимы дополнительные данные. Размер зёрен в зернистом льду может существенно различаться при разных температурах, условиях образования и между полюсами. Более крупные зёрна могут снизить порог просачивания, позволяя воде течь даже тогда, когда лёд содержит значительно меньше 10% рассола по объёму, сказал Сёнке Маус (Sønke Maus), учёный, изучающий микроструктуру льда в Норвежском университете науки и технологий, который не принимал участия в исследовании.
«Имеющиеся у нас на сегодня данные по зернистому морскому льду скудны», — сказал Маус. «Для сбора таких данных необходима масштабная кампания».
Голден сказал, что в будущих работах он также планирует разработать модели для расчёта электромагнитных свойств как столбчатого, так и зернистого морского льда. Знание этих свойств может помочь учёным определить толщину и возраст ледяного покрова по спутниковым данным.
Ссылка: https://eos.org/articles/changes-in-sea-ice-microstructure-could-affect-climate-models




